今天我想和大家分享一篇最新發(fā)表在《自然》雜志上的論文，題目是《JWST在宇宙黑暗時代看到的超暗星系的性質(zhì)》。這篇論文是由來自多個國家和機(jī)構(gòu)的研究人員合作完成的，他們利用了詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）的強(qiáng)大能力，觀測到了一顆位于 z = 9.79 的星系，也就是說，這個星系形成于大爆炸后僅 4.8億年左右，處于宇宙黑暗時代的末期。

什么是宇宙黑暗時代呢？簡單來說，就是宇宙中最早的一段時間，當(dāng)時還沒有恒星和星系的形成，只有中性氫氣和微弱的背景輻射。這個時期持續(xù)了大約 4 億年，直到第一代恒星和星系出現(xiàn)，并發(fā)射出紫外光子，逐漸使中性氫氣電離，從而結(jié)束了宇宙黑暗時代，開始了再電離時期。這個過程對于理解宇宙的演化和結(jié)構(gòu)非常重要，但是由于距離太遠(yuǎn)、信號太弱、干擾太多，我們很難觀測到這些最早的光源。

幸運(yùn)的是，有了 JWST 的加入，我們有了更好的機(jī)會。JWST 是目前最先進(jìn)的太空望遠(yuǎn)鏡，它可以觀測紅外波段的光，從而突破地球大氣層和塵埃的遮擋，看到更遠(yuǎn)更暗的天體。而且，由于宇宙膨脹的原因，那些最早的紫外光源發(fā)出的光在傳播到我們這里時已經(jīng)被紅移到了紅外波段，所以 JWST 正好可以捕捉到它們。摘自: www.ws46.com

除了 JWST 本身的優(yōu)勢外，研究人員還利用了一種叫作引力透鏡的現(xiàn)象，來增強(qiáng)他們的觀測效果。引力透鏡是指當(dāng)一個大質(zhì)量的天體在我們和一個遙遠(yuǎn)的天體之間時，它會彎曲周圍的時空，從而把后面的天體的光像透鏡一樣放大和扭曲。通過這種方式，我們可以看到一些原本太暗太小的天體，甚至可以看到它們的多個像。

研究人員觀測的目標(biāo)星系就是這樣一個例子。這個星系被命名為 JD1，它位于一個叫做 Abell 2744 的星系團(tuán)的后面，被該星系團(tuán)的引力透鏡放大了 13 倍，并且形成了三個像，分別叫做 A、B 和 C。其中 B 是最亮的一個，也是研究人員用 JWST 進(jìn)行光譜觀測的對象。

通過光譜觀測，研究人員確認(rèn)了 JD1 的紅移為 z = 9.79，也就是距離我們約 130 億光年，同時也發(fā)現(xiàn)了一些其它的特征，比如它的紫外波段絕對星等為 MUV = -17.35，它的恒星質(zhì)量為 10^7.19 M⊙，相當(dāng)于太陽質(zhì)量的 1550 萬倍，它的金屬豐度為 ≈0.6 Z⊙，相當(dāng)于太陽金屬豐度的 60%，以及它的形態(tài)非常緊湊和復(fù)雜，直徑只有 ≈150 pc，相當(dāng)于 500 光年。

這些特征讓JD1成為了目前已知的最暗、最小、最原始的高紅移星系之一，也是 JWST 首次發(fā)現(xiàn)和證實(shí)的高紅移星系。這對于我們理解宇宙暗時代和再電離時期的物理過程有著重要的意義，因?yàn)?JD1 可能代表了那個時期占據(jù)主導(dǎo)地位的星系類型，它們雖然各自很暗，但是加起來卻能提供足夠的紫外光子來電離周圍的氫氣。不過，JD1 的紫外輻射是否能夠逃逸出它所在的星系和星系團(tuán)，以及它是如何形成和演化的，還有待進(jìn)一步的觀測和研究。